levier

Un levier est une barre rigide, généralement droite mais parfois courbée, qui tourne autour d'un point fixe appelé le point d'appui. L'utilisateur applique un effort à un endroit sur la barre et le levier transmet cette force à une charge à un autre endroit. L'avantage mécanique provient de la différence de distances: si le point d'effort est deux fois plus éloigné du point d'appui que le point de charge, vous n'avez besoin que de la moitié de la force pour déplacer la charge, mais vous devez déplacer votre extrémité deux fois plus loin.

Les leviers sont classés en trois types en fonction de la disposition du point d'appui, de la charge et de l'effort. Un levier de première classe a le point d'appui entre la charge et l'effort, comme un pied-de-biche ou une balançoire. Un levier de deuxième classe a la charge entre le point d'appui et l'effort, comme une brouette ou un ouvre-bouteille. Un levier de troisième classe a l'effort entre le point d'appui et la charge, comme une pince à épiler ou un avant-bras soulevant un poids. La plupart des outils à main et des éléments de machine utilisent ces configurations, combinant parfois plusieurs systèmes de leviers en tandem.

Matériau et modes de défaillance

Les leviers doivent être suffisamment rigides pour résister à la flexion sous charge et suffisamment solides pour éviter une déformation permanente ou une rupture. L'acier est standard pour les leviers industriels en raison de son rapport résistance/poids et de sa disponibilité. Les leviers en fonte sont courants dans les machines plus anciennes, mais ils sont cassants et sujets à une rupture soudaine si la charge augmente brusquement ou si des chocs se produisent. La forme de la section transversale est importante: une barre avec un moment d'inertie de surface plus grand résiste mieux à la flexion. La rupture par fatigue peut se produire là où le levier se connecte au point d'appui ou là où la contrainte se concentre à un coin ou un épaulement aigu.

En pratique, le point d'appui idéal sans frottement n'existe pas. Les leviers réels perdent de l'efficacité en raison du frottement au point de pivot, qui augmente avec la charge et l'usure. L'avantage mécanique réel est toujours inférieur à ce que le rapport de distance théorique prédit. Pour les travaux de précision ou l'utilisation industrielle lourde, le point d'appui peut être une goupille en acier trempé ou un roulement à rouleaux plutôt qu'un simple point de contact. L'usure au point d'appui augmente progressivement le frottement et le jeu, dégradant les performances au fil du temps.

Les leviers apparaissent partout dans les systèmes mécaniques: dans les tringleries, les presses, les portails, les pinces et les opérateurs de vannes. Ils restent l'un des moyens les plus efficaces et fiables de convertir un petit effort humain en forces importantes, car ils ne nécessitent ni électricité, ni pression de fluide, ni pièces complexes. Comprendre la géométrie des leviers et le compromis entre force et distance est essentiel pour concevoir un avantage mécanique dans tout assemblage ou pour choisir le bon outil pour une tâche donnée.